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1、第五章第五章 控制系统的误差分析控制系统的误差分析控制理论基础控制理论基础 (I)(I)School of Mechanical & Power Engineering, SJTU上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院控制理论基础控制理论基础( (I) )课程负责人：丁课程负责人：丁 汉汉 教授教授 顾问：王显正顾问：王显正 教授教授交交通通大大学学精精品品课课程程系系列列2004.4.302004.4.30第五章第五章 控制系统的误差分析控制系统的误差分析控制理论基础控制理论基础 (I)(I)School of Mechanical & Power Engineerin
2、g, SJTU上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院第五章第五章 控制系统的误差分析控制系统的误差分析5.1 误差的基本概念误差的基本概念5.2 稳态误差系数稳态误差系数5.3 动态误差系数动态误差系数5.4 扰动作用下的稳态误差扰动作用下的稳态误差5.5 提高稳态精度的措施提高稳态精度的措施偏差与误差偏差与误差 例1课堂练习1 例2定义定义课堂练习2第五章第五章 控制系统的误差分析控制系统的误差分析控制理论基础控制理论基础 (I)(I)School of Mechanical & Power Engineering, SJTU上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机
3、械与动力工程学院偏差与误差偏差与误差偏差误差第五章第五章 控制系统的误差分析控制系统的误差分析控制理论基础控制理论基础 (I)(I)School of Mechanical & Power Engineering, SJTU上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院误差:输入信号作用下的系统响应稳态误差：瞬态过程结束后误差e(t)的稳态分量控制信号作用下扰动作用下5.1 误差的基本概念误差的基本概念第五章第五章 控制系统的误差分析控制系统的误差分析控制理论基础控制理论基础 (I)(I)School of Mechanical & Power Engineering, SJTU
4、上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院系统在控制信号作用下的稳态误差系统在控制信号作用下的稳态误差稳态误差：瞬态过程结束后误差e(t)的稳态分量第五章第五章 控制系统的误差分析控制系统的误差分析控制理论基础控制理论基础 (I)(I)School of Mechanical & Power Engineering, SJTU上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院系统在扰动作用下的稳态误差系统在扰动作用下的稳态误差稳态误差：瞬态过程结束后误差e(t)的稳态分量第五章第五章 控制系统的误差分析控制系统的误差分析控制理论基础控制理论基础 (I)(I)Scho
5、ol of Mechanical & Power Engineering, SJTU上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院例例1第五章第五章 控制系统的误差分析控制系统的误差分析控制理论基础控制理论基础 (I)(I)School of Mechanical & Power Engineering, SJTU上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院sE(s)的极点不全部分布在S平面的左半部终值定理例例2第五章第五章 控制系统的误差分析控制系统的误差分析控制理论基础控制理论基础 (I)(I)School of Mechanical & Power Engi
6、neering, SJTU上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院磁盘驱动器需用电机来驱动读/写磁头,以使磁头在旋转的磁盘上对磁道进行准确定位.如检测环节、比较环节的增益为1，电机和磁头的组合可以表示为: ，其中 =0.001s；20032003年硕士入学试题年硕士入学试题第五章第五章 控制系统的误差分析控制系统的误差分析控制理论基础控制理论基础 (I)(I)School of Mechanical & Power Engineering, SJTU上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院(a)试说明工作原理；(b)试计算当预期输入为单位阶跃信号时,磁头
7、位置的稳态误差；(c)选择K,使磁头在斜坡输入10cm/s时,保持其稳态位置误差小于0.1cm。 第五章第五章 控制系统的误差分析控制系统的误差分析控制理论基础控制理论基础 (I)(I)School of Mechanical & Power Engineering, SJTU上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院定义定义系统结构对稳态误差的影响系统结构对稳态误差的影响Bode图上的稳态误差系数图上的稳态误差系数位置、速度、加速度系统在控制信号作用下5.2 稳态误差系数稳态误差系数第五章第五章 控制系统的误差分析控制系统的误差分析控制理论基础控制理论基础 (I)(I)Sc
8、hool of Mechanical & Power Engineering, SJTU上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院稳态误差系数稳态误差系数单位阶跃输入单位斜坡输入单位抛物线输入稳态位置误差系数稳态速度误差系数稳态加速度误差系数第五章第五章 控制系统的误差分析控制系统的误差分析控制理论基础控制理论基础 (I)(I)School of Mechanical & Power Engineering, SJTU上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院V=0 0型系统V=1 I型系统V=2 II型系统稳态误差系数和稳态误差系统结构对稳态误差的影响系统
9、结构对稳态误差的影响第五章第五章 控制系统的误差分析控制系统的误差分析控制理论基础控制理论基础 (I)(I)School of Mechanical & Power Engineering, SJTU上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院0型系统的稳态误差型系统的稳态误差有差系统V=0第五章第五章 控制系统的误差分析控制系统的误差分析控制理论基础控制理论基础 (I)(I)School of Mechanical & Power Engineering, SJTU上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院I型系统的稳态误差型系统的稳态误差一阶有差系统V=1
10、第五章第五章 控制系统的误差分析控制系统的误差分析控制理论基础控制理论基础 (I)(I)School of Mechanical & Power Engineering, SJTU上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院II型系统的稳态误差型系统的稳态误差二阶有差系统V=2第五章第五章 控制系统的误差分析控制系统的误差分析控制理论基础控制理论基础 (I)(I)School of Mechanical & Power Engineering, SJTU上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院稳态误差系数和稳态误差稳态误差系数和稳态误差系统在控制信号作用下减
11、小和消除稳态误差方法提高系统的开环增益增加开环传递函数中积分环节系统的稳定性第五章第五章 控制系统的误差分析控制系统的误差分析控制理论基础控制理论基础 (I)(I)School of Mechanical & Power Engineering, SJTU上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院注意:(1) 尽管将阶跃输入、速度输入及加速度输入下系统的误差分别称之为位置误差、速度误差和加速度误差，但对速度误差、加速度误差而言并不是指输出与输入的速度、加速度不同，而是指输出与输入之间存在一确定的稳态位置偏差。(2) 如果输入量非单位量时，其稳态偏差（误差）按比例增加。例1、例
12、2(3) 系统在多个信号共同作用下总的稳态偏差误差等于多个信号单独作用下的稳态偏差（误差）之和。 例3第五章第五章 控制系统的误差分析控制系统的误差分析控制理论基础控制理论基础 (I)(I)School of Mechanical & Power Engineering, SJTU上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院例：I型单位反馈系统的开环增益K=600s-1,系统最大跟踪速度max =24/s，求系统 在最大跟踪速度下的稳态误差。解：单位速度输入下的稳态误差I型系统系统的稳态误差为第五章第五章 控制系统的误差分析控制系统的误差分析控制理论基础控制理论基础 (I)(I
13、)School of Mechanical & Power Engineering, SJTU上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院例：例：阀控油缸伺服工作台要求定位精度为0.05cm,该工作台最大移动速度vmax =10cm/s，若系统为I型，试求系统开环增益。单位速度输入下的稳态误差为系统的开环增益第五章第五章 控制系统的误差分析控制系统的误差分析控制理论基础控制理论基础 (I)(I)School of Mechanical & Power Engineering, SJTU上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院系统首先必须是稳 定的；K是系统的
14、开环放大系数；从输入端定义的稳定误差ess。第五章第五章 控制系统的误差分析控制系统的误差分析控制理论基础控制理论基础 (I)(I)School of Mechanical & Power Engineering, SJTU上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院 0型系统Bode图上的稳态误差系数图上的稳态误差系数第五章第五章 控制系统的误差分析控制系统的误差分析控制理论基础控制理论基础 (I)(I)School of Mechanical & Power Engineering, SJTU上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院 I型系统（稳态速度误
15、差系数）第五章第五章 控制系统的误差分析控制系统的误差分析控制理论基础控制理论基础 (I)(I)School of Mechanical & Power Engineering, SJTU上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院 II型系统（稳态加速度误差系数）第五章第五章 控制系统的误差分析控制系统的误差分析控制理论基础控制理论基础 (I)(I)School of Mechanical & Power Engineering, SJTU上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院引例定义定义长除法求取长除法求取一般公式一般公式误差性能指标误差性能指标5.3
16、 动态误差系数动态误差系数第五章第五章 控制系统的误差分析控制系统的误差分析控制理论基础控制理论基础 (I)(I)School of Mechanical & Power Engineering, SJTU上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院引例第五章第五章 控制系统的误差分析控制系统的误差分析控制理论基础控制理论基础 (I)(I)School of Mechanical & Power Engineering, SJTU上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院在s=0的邻域展开泰勒级数在s=0的邻域t的邻域动态位置误差系数动态速度误差系数动态加速度
17、误差系数动态误差系数的定义动态误差系数的定义第五章第五章 控制系统的误差分析控制系统的误差分析控制理论基础控制理论基础 (I)(I)School of Mechanical & Power Engineering, SJTU上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院动态误差系数的长除法求取动态误差系数的长除法求取第五章第五章 控制系统的误差分析控制系统的误差分析控制理论基础控制理论基础 (I)(I)School of Mechanical & Power Engineering, SJTU上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院例0型系统I型系统II型系统
18、动态误差系数的一般公式动态误差系数的一般公式第五章第五章 控制系统的误差分析控制系统的误差分析控制理论基础控制理论基础 (I)(I)School of Mechanical & Power Engineering, SJTU上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院I型系统第五章第五章 控制系统的误差分析控制系统的误差分析控制理论基础控制理论基础 (I)(I)School of Mechanical & Power Engineering, SJTU上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院ISE （平方误差积分）ITSE （时间乘平方误差的积分）IAE （
19、绝对误差积分）ITAE （时间乘绝对误差的积分）误差性能指标误差性能指标第五章第五章 控制系统的误差分析控制系统的误差分析控制理论基础控制理论基础 (I)(I)School of Mechanical & Power Engineering, SJTU上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院例 第五章第五章 控制系统的误差分析控制系统的误差分析控制理论基础控制理论基础 (I)(I)School of Mechanical & Power Engineering, SJTU上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院第五章第五章 控制系统的误差分析控制系统的误
20、差分析控制理论基础控制理论基础 (I)(I)School of Mechanical & Power Engineering, SJTU上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院0型系统扰动作用下的稳态误差型系统扰动作用下的稳态误差(V=k=l=0)第五章第五章 控制系统的误差分析控制系统的误差分析控制理论基础控制理论基础 (I)(I)School of Mechanical & Power Engineering, SJTU上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院1）只有三种值：0、常数（1/k1）、；2）扰动作用引起的常数稳态误差只与增益K1有关。5.
21、4 扰动作用下的稳态误差扰动作用下的稳态误差第五章第五章 控制系统的误差分析控制系统的误差分析控制理论基础控制理论基础 (I)(I)School of Mechanical & Power Engineering, SJTU上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院1）增加调节部分传递函数G1(s)中积分环节数k完全消除扰动作用引起的稳态误差。第五章第五章 控制系统的误差分析控制系统的误差分析控制理论基础控制理论基础 (I)(I)School of Mechanical & Power Engineering, SJTU上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程
22、学院比例积分环节提高稳态精度比例积分环节提高稳态精度闭环回路提高稳态精度闭环回路提高稳态精度输入量补偿的复合控制输入量补偿的复合控制干扰量补偿的复合控制干扰量补偿的复合控制5.5 提高稳态精度的措施提高稳态精度的措施第五章第五章 控制系统的误差分析控制系统的误差分析控制理论基础控制理论基础 (I)(I)School of Mechanical & Power Engineering, SJTU上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院控制器G1(s)的放大系数拢动误差阻尼振荡求在单位阶跃扰动作用下的扰动误差essn比例积分环节提高稳态精度比例积分环节提高稳态精度第五章第五章
23、控制系统的误差分析控制系统的误差分析控制理论基础控制理论基础 (I)(I)School of Mechanical & Power Engineering, SJTU上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院求在单位阶跃扰动作用下的扰动误差essn。第五章第五章 控制系统的误差分析控制系统的误差分析控制理论基础控制理论基础 (I)(I)School of Mechanical & Power Engineering, SJTU上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院比较两个系统，在单位阶跃输入信号下的稳态误差。闭环回路提高稳态精度闭环回路提高稳态精度第五章
24、第五章 控制系统的误差分析控制系统的误差分析控制理论基础控制理论基础 (I)(I)School of Mechanical & Power Engineering, SJTU上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院如果稳态增益G0（0）将随时间消逝而偏离1，稳态误差不再等于0须重新调整系统。单位阶跃输入下设在回路的传递函数中有如下的变化:K=10，K=1第五章第五章 控制系统的误差分析控制系统的误差分析控制理论基础控制理论基础 (I)(I)School of Mechanical & Power Engineering, SJTU上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机
25、械与动力工程学院单位阶跃输入下设在回路的传递函数中有如下的变化： K=10，K=1， 且有Kp=100/K第五章第五章 控制系统的误差分析控制系统的误差分析控制理论基础控制理论基础 (I)(I)School of Mechanical & Power Engineering, SJTU上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院若位置随动系统：雷达跟踪系统、 船舵操纵系统。 输入量补偿的复合控制输入量补偿的复合控制第五章第五章 控制系统的误差分析控制系统的误差分析控制理论基础控制理论基础 (I)(I)School of Mechanical & Power Engineerin
26、g, SJTU上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院前馈前馈/ /顺馈顺馈若系统在控制信号作用下干扰量补偿的复合控制干扰量补偿的复合控制第五章第五章 控制系统的误差分析控制系统的误差分析控制理论基础控制理论基础 (I)(I)School of Mechanical & Power Engineering, SJTU上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院前馈前馈/ /顺馈顺馈物理上难实现（分子阶次高于分母的阶次），近似取第五章第五章 控制系统的误差分析控制系统的误差分析控制理论基础控制理论基础 (I)(I)School of Mechanical &
27、Power Engineering, SJTU上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院在粗糙路面上行驶的车辆会受到干扰的影响，采用了能感知前方路况的传感器之后，主动式悬挂减震系统就可以减轻干扰的影响。简单悬挂减震系统的例子如图所示，试选取增益K1、K2的恰当取值，使得当预期偏移为R (s)0,且扰动为D(s)=1/s时，车辆不会跳动。第五章第五章 控制系统的误差分析控制系统的误差分析控制理论基础控制理论基础 (I)(I)School of Mechanical & Power Engineering, SJTU上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院第五
28、章作业第五章作业 1、5-32、5-43、5-8第五章第五章 控制系统的误差分析控制系统的误差分析控制理论基础控制理论基础 (I)(I)School of Mechanical & Power Engineering, SJTU上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院EX. 5-3第五章第五章 控制系统的误差分析控制系统的误差分析控制理论基础控制理论基础 (I)(I)School of Mechanical & Power Engineering, SJTU上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院EX. 5-4第五章第五章 控制系统的误差分析控制系统的误
29、差分析控制理论基础控制理论基础 (I)(I)School of Mechanical & Power Engineering, SJTU上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院EX. 5-4第五章第五章 控制系统的误差分析控制系统的误差分析控制理论基础控制理论基础 (I)(I)School of Mechanical & Power Engineering, SJTU上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院EX. 5-4第五章第五章 控制系统的误差分析控制系统的误差分析控制理论基础控制理论基础 (I)(I)School of Mechanical & Power Engineering, SJTU上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院EX. 5-8第五章第五章 控制系统的误差分析控制系统的误差分析控制理论基础控制理论基础 (I)(I)School of Mechanical & Power Engineering, SJTU上海交通大学机械与动力工程学院上海交通大学机械与动力工程学院This is End of Chapter 5BackBackBackBack
